mos管三個工作區-完全導通區、截止區、線性區等詳細分析

mos管三個工作區

在了解MOS管三個工作區之前，先了解一下MOS管三個工作區分別是什么？下面講述MOS管場效應管的四個區域：

（1）可變電阻區（也稱非飽和區）

滿足Ucs》Ucs（th）（開啟電壓），uDs《UGs-Ucs（th），為圖中預夾斷軌跡左邊的區域其溝道開啟。在該區域UDs值較小，溝道電阻基本上僅受UGs控制。當uGs一定時，ip與uDs成線性關系，該區域近似為一組直線。這時場效管D、S間相當于一個受電壓UGS控制的可變電阻。

（2）恒流區（也稱飽和區、放大區、有源區）

滿足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區域，在該區域內，當uGs一定時，ib幾乎不隨UDs而變化，呈恒流特性。i僅受UGs控制，這時場效應管D、S間相當于一個受電壓uGs控制的電流源。場效應管用于放大電路時，一般就工作在該區域，所以也稱為放大區。

（3）夾斷區（也稱截止區）

夾斷區（也稱截止區）滿足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區域，其溝道被全部夾斷，稱為全夾斷，io=0，管子不工作。

（4）擊穿區位

擊穿區位于圖中右邊的區域。隨著UDs的不斷增大，pn結因承受太大的反向電壓而擊穿，ip急劇增加。工作時應避免管子工作在擊穿區。

轉移特性曲線可以從輸出特性曲線。上用作圖的方法求得。例如在下圖（a）中作Ubs=6V的垂直線，將其與各條曲線的交點對應的i、Us值在ib- Uss 坐標中連成曲線，即得到轉移性曲線，如圖下（b）所示。

MOS管線性區、完全導通區的電場和電流分布

MOSFET的漏極導通特性如圖1所示，其工作特性有MOS管三個工作區：截止區、線性區和?完全導通區。其中，線性區也稱恒流區、飽和區、放大區;完全導通區也稱可變電阻區。

MOSFET的漏極導通特性

通常MOSFET工作于開關狀態，在截止區和完全導通區之間高頻切換，由于在切換過程中要經過線性區，因此產生開關損耗。對于熱插撥、負載開關、分立LDO的調整管等這一類的應用，MOSFET較長時間或一直在線性區工作，因此工作狀態不同。

功率MOSFET在完全導通區和線性區工作時候，都可以流過大的電流。理論上，功率MOSFET是單極型器件，N溝道的功率MOSFET，只有電子電流，沒有空穴電流，但是，這只是針對完全導通的時候;在線性區，還是會同時存在電子和空穴二種電流，如圖2、圖3和圖4分別所示，完全導通區和線性區工作時，電勢、空穴和電流線分布圖。

MOS管在線性區工作時，器件同時承受高的電壓和高的電流時，會產生下面的問題：

1、內部的電場大，注入更多的空穴。

2、有效的溝道寬度比完全導通時小。

3、改變Vth和降低擊穿電壓。

4、Vth低，電流更容易傾向于局部的集中，形成熱點;負溫度系數特性進一步惡化局部熱點。

功率MOSFET工作在線性區時，器件承受高的電壓，耗盡層高壓偏置導致有效的體電荷減小;工作電壓越高，內部的電場越高，電離加強產生更多電子-空穴對，形成較大的空穴電流。特別是如果工藝不一致，局部區域達到臨界電場，會產生非常強的電離和更大的空穴電流，增加寄生三極管導通的風險。

MOS管的夾斷區和飽和區的區別是什么

柵極電壓可以產生溝道，也可以使溝道消失——夾斷；而源-漏電壓也有可能使MOSFET的溝道夾斷（局部夾斷），則溝道夾斷的電壓對應有兩個電壓。一般，產生或者夾斷溝道的柵極電壓稱為閾值電壓VT，而使溝道夾斷的源-漏電壓往往稱為飽和電壓Vsat，因為這時的源-漏電流最大、并飽和（即與源-漏電壓無關）。

（1） 耗盡型n-MOSFET：

耗盡型MOSFET在柵極電壓為0時即存在溝道。當負柵電壓增大到使溝道夾斷（整個溝道均勻夾斷）時，這時的柵電壓就稱為夾斷電壓Vp——耗盡型MOSFET的閾值電壓。

在VGS>Vp時，IDS=0，即為截止狀態。

在VGS<Vp時，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導電狀態；若VDS= (Vp－VGS)時，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個溝道夾斷），漏極電流達到最大——飽和電流，這時的源-漏電壓就稱為飽和電壓。飽和電壓也就是使溝道發生局部夾斷時的源-漏電壓。在VDS≥Vsat=(Vp－VGS)即為MOSFET的飽和區。

（2）增強型n-MOSFET：

增強型MOSFET在柵極電壓為0時即不存在溝道。當正柵電壓增大到出現溝道時，這時的柵極電壓特稱為開啟電壓Vop——增強型MOSFET的閾值電壓。

在VGS<Vop時，沒有溝道，則IDS=0，即為截止狀態。

在VGS>Vop時，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導電狀態；若VDS≥ (VGS－Vop)時，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個溝道夾斷），漏極電流達到最大、并飽和，MOSFET即進入飽和狀態。溝道開始夾斷時的源-漏電壓即為飽和電壓Vsat= (VGS－Vop)。

（3）溝道夾斷以后的導電性：

場效應晶體管是依靠多數載流子在溝道中的導電來工作的。沒有溝道（柵極電壓小于閾值電壓時），即不導電——截止狀態。出現了溝道（柵極電壓大于閾值電壓時），即可導電；并且在源-漏電壓增大到使得溝道在漏極端夾斷以后，其電流達到最大——飽和電流，即導電性能更好。為什么集電區能夠很好地導電？

因為溝道夾斷區實際上就是載流子被耗盡的區域，其中存在有沿著溝道方向的電場，所以只要有載流子到達夾斷區邊緣，就很容易被掃過夾斷區而到達漏極——輸出電流。可見，溝道夾斷區與BJT的反偏集電結的勢壘區類似，不但不起阻擋載流子的作用，而且還將有利于載流子的通過。因此，溝道夾斷以后，器件的輸出電流飽和，即達到最大。

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